单片机课程设计3.docx

1、单片机课程设计31 LED显示屏1.1 LED显示器简介LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。它价格低廉，配置灵活，与单片机接口方便。LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，目前，LED显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。通过发光二极管芯片的适当连接（包括串

2、联和并联）和适当的光学结构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。1.2 88LED点阵原理图（1）88点阵LED外观及引脚图（1）为88点阵LED外观及引脚图，其等效电路如图（2）所示， 图（2）88LED点阵LED等效电路只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。图（3）为其电路原理图。点阵LED扫描法介绍，点阵LED一般采用扫描式显示，实

3、际运用分为三种方式：（1）点扫描； （2）行扫描；（3）列扫描。 图（3）88点阵LED电路原理2 单片机的相关知识 2.1 单片机简介单片机全称为单片机微型计算机（Single Chip Microsoftcomputer)。从应用领域来看，单片机主要用来控制，所以又称为微控制器（Microcontroller Unit）或嵌入式控制器。单片机是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。2.2 单片机的发展史1 . 4位单片机 ： 1975年，美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000；此后，各个计算机公司竞相推出四位单片机。日本松下公司的MN1400系列，美国洛克

4、威尔公司的PPS/1系列等。四位单片机的主要应用领域有：PC机的输入装置，电池充电器，运动器材，带液晶显示的音/视频产品控制器，一般家用电器的控制及遥控器，电子玩具，钟表，计算器，多功能电话等。 2 . 8位单片机： 1972年，美国Intel公司首先推出8位微处理器8008，并于1976年9月率先推出MCS-48系列单片机。在这以后，8位单片机纷纷面市。例如，莫斯特克和仙童公司合作生产的3870系列，摩托罗拉公司生产的6801系列等。随着集成电路工艺水平的提高，一些高性能的8位单片机相继问世。例如，1978年摩托罗拉公司的MC6801系列及齐洛格公司的Z8系列，1979年NEC公司的UPD7

5、8XX系列。这类单片机的寻址能力达64KB，片内ROM容量达4-8KB，片内除带有并行IO口外，还有串行IO口，甚至还有AD转化器功能。8位单片机由于功能强，被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用电器等各个领域。3 . 16位单片机 ：1983年以后，集成电路的集成度可达几十万只管/片，各系列16位单片机纷纷面市。这一阶段的代表产品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel推出了80C96，美国国家半导体公司推出的HPC16040，NEC公司推出的783XX系列等。16位单片机主要用于工业控制，智能仪器仪表，便携式设备等场合。4 . 32

6、位单片机 ：20世纪80年代末推出了32位单片机，如Motorlora公司的MC683XX系列，Intel的80960系列，以及近年来流行的ARM系列单片机。32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术的发展及开发成本和产品价格的下降。5 . 64位单片机：近年来，64位单片机在引擎控制，智能机器人，磁盘控制，语音图像通信，算法密集的实时控制场合已有应用，如英国Inmos公司的Transputer T800是高性能的64位单片机。2.3 单片机的特点 1 .单片机的存储器ROM和RAM时严格区分的。ROM称为程序存储器，只存放程序，固定常数，及数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数

7、据。2 .采用面向控制的指令系统。为满足控制需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是单片机具有很强的位处理能力。3.单片机的I/O口通常时多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。 图（4）AT89C51引脚图3 LED广告屏的硬件设计3.1 硬件电路控制方案 本产品采用以AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路(74HCl54)、1616LED点阵5部分组成，如图（3）所示。 其中，AT89C51是一种带4kB闪烁

8、可编程可擦除只读存储器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，FPEROM)的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，工业标准的MCS一5l指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行1 000次写擦循环，数据保留时间为10年。它是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到AT89C51芯片。时钟电路由AT89C5l的18，19脚的时钟端(XTAL l及XTAL2)以

9、及12 MHz晶振X、电容C2、C3组成，采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R1，R2，电容C，开关K组成，分别接至AT89C51的RST复位输入端。LED点阵显示屏采用1616共256个象素的点阵，可通过万用表检测发光二极管的方法测试判断出该点阵的引脚分布。我们把行列总线接在单片机的I0口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的汉字了。但是若将LED点阵的行列端口全部直接接入89S5 1单片机，则需要使用32条I0口，这样会造成I0口资源的耗尽，系统也再无扩充的余地。因此，我们在实际应用中只是将LED点阵的16条行线直接接在P0口和P3口，至于列选扫描

10、信号则是由416线译码器74HCl54来选择控制，这样一来列选控制只使用了单片机的4个IO口，节约了很多IO口资源，为单片机系统扩充使用功能提供了条件。汉字扫描显示的基本过程是这样的：通电后由于电阻R，电容c1的作用，使单片机的RST复位脚电平先高后低，从而达到复位；之后，在C2、C3、X以及单片机内部时钟电路的作用下，单片机89C51按照设定的程序在P0和P2接口输出与内部汉字对应的代码电平送至LED点阵的行选线(高电平驱动)，同时在P11，P12，P13，P14接口输出列选扫描信号(低电平驱动)，从而选中相应的象素LED发光，并利用人眼的视觉暂留特性合成整个汉字的显示。再改变取表地址实现汉

11、字的滚动显示。图(5) 图(5) LED点阵图，由4块8*8LED组成一块16*16LED,图(6)416线译码器74HC154图(7) 广告屏硬件电路图组成3.2 汉字点阵显示原理我们以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个象素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在256象素范围内的任何图形。如查用8位的AT89C51单片机控制，由于单片机的总线由8位，一个字需要拆分为2个部分，如图（8）所示 图（8） 汉字显示原理 为了弄清楚汉字的点阵组成规律，

12、首先通过列扫描方法获取汉字的代码。汉字可拆分为上部和下部，上部由816点阵组成，下部也由816点阵组成。本例通过列扫描方法首先显示左上角的第一列的上半部分，即第0列的P00P07口，方向为P00到P07，显示汉字“我”时，为全灭，第一列的下半部分也为全灭。第二列的上半部分P06、点亮，由上往下排列，为：PO0灭，PO1灭，P02灭PO3灭，PO4灭，P05灭，P06亮，P07灭。即二进制00000010，转换为十六进制为02h。上半部第二列完成后，继续扫描下半部的第二列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从P27向P20方向扫描，从图3可以看到，这一列P23亮，即为00001000，

13、十六进制则为08h。依照这个方法转向第三列、第四列，直至第十六列的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“我”的扫描代码为: 00H，02H，08H，06H，28H，02H，24H，22H,0FCH，3FH，24H，2 1H，20H，10H，3CH，08H, 0E2H，07H，20H，0AH，0E4H，11H，0A8H，20H,20H，30H，00H，00H，00H，00H，00H，00H.由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出他的扫描代码从而显示在屏幕上。上述方法虽然能够让我们弄清楚汉字点阵代码的获取过程，但是依靠人工方法获取汉字代码是一件非常繁琐的事情。为此，

14、我们经常采用字库软件查找字符代码，软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到程序中即可，如图（9）所示。 图（9） 可见，汉字点阵显示一般有点扫描、行扫描和列扫描3种。为了符合视觉暂留要求，点扫描方法的扫描频率必须大于16641 024 Hz，周期小于1 ms即可。行扫描和列扫描方法的扫描频率必须大于168一128 Hz，周期小于78 ms即可，但是一次驱动一列或一行(8颗LED)时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。4 广告屏的软件设计4.1 主程序设计软件程序主要由开始、初始化、主程序、字库组成。其中主程序的流程图如图（10）

15、所示。下面的程序能够用来实现滚动显示“我的香格里拉”汉字的显示。 图(10) 程序流程图4.2 元器件介绍本设计所需元器件如表1所示。元件编号规格参数作用简介U1AT89C51核心控制芯片LED11616LED组成汉字显示屏IC274HC1544线-16线译码器IC3,IC41K排阻上拉电阻R1200复位电路R21KC122uF16VK按键开关X112MHz时钟电路C2,C320pFPCB板10cm*10cm环氧板元件承载体 表1 元器件选择 5具体程序清单=ORG 0000HLJMP MAIN ORG 0100HMAIN： MOV DPTR，#TAB ；字码表初址赋值 MOV R1，#00H

16、；列控制码 MOV R4，#96; 移动”我的香格里拉”六个字符,共96列 CM： MOV R5，#5; 每屏反复显示5次 MOV R3，#16; 列数C1： MOV R2，#0; 取码指针C16： MOV P0，#00H MOV P2，#00H ;关显示 CLR P3.0 MOV A，R2 MOVC A，A+DPTR; 取当前列显示字码的第一个字节 MOV P0，A; 送18行控制口 INC R2 MOV A，R2 MOVC A，A+DPTR; 取当前列显示字码的第二个字节 MOV P2，A; 送915行控制口 INC R2 MOV P1，R1; 送列控制码 INC R1 ACALL DIM

17、S; 显示2MS DJNZ R3，C16; 一屏16列是否显示完 MOV R3，#16 DJNZ R5，C1; 未显示5次,继续 INC DPTR; 一屏反复显示5次完,字码表初值加2 INC DPTR DJNZ R4，CM; 96列未移动完, 继续 AJMP MAIN ; 96列移动完,返回, 重新从第一个字符“我” 开始显示=DIMS MOV R6，#2 MOV R7，#248 DJNZ R7，$DJNZ R6，$-4RET=TAB：DB 04H,80H,0EH,0A0H,78H,90H,08H,90HDB 08H,84H,0FFH,0FEH,08H,80H,08H,90HDB 0AH,9

18、0H,0CH,60H,18H,40H,68H,0A0HDB 09H,20H,0AH,14H,28H,14H,10H,0CH;“我”DB 10H,40H,10H,40H,22H,44H,7FH,7EHDB 42H,84H,43H,04H,42H,04H,42H,84HDB 7EH,64H,42H,24H,42H,04H,42H,04HDB 42H,04H,7EH,04H,42H,28H,00H,10H;“的”DB 00H,30H,3FH,0C0H,01H,00H,01H,04HDB 0FFH,0FEH,05H,40H,09H,30H,31H,0EHDB 0CFH,0E4H,08H,20H,08H

19、,20H,0FH,0E0HDB 08H,20H,08H,20H,0FH,0E0H,08H,20H;“香”DB 11H,00H,11H,00H,11H,0F8H,12H,08HDB 0FFH,10H,14H,0A0H,38H,40H,34H,0A0HDB 51H,10H,52H,0EH,97H,0FCH,1AH,08HDB 12H,08H,12H,08H,13H,0F8H,12H,08H；“格”DB 00H,08H,3FH,0FCH,21H,08H,21H,08HDB 3FH,0F8H,21H,08H,21H,08H,21H,08HDB 3FH,0F8H,01H,00H,01H,08H,7FH,

20、0FCHDB 01H,00H,01H,04H,0FFH,0FEH,00H,00H；“里”DB 10H,80H,10H,40H,10H,48H,13H,0FCHDB 0FCH,00H,11H,08H,15H,08H,19H,08HDB 30H,90H,0D0H,90H,10H,90H,10H,0A0HDB 10H,20H,10H,44H,57H,0FEH,20H,00H; “拉” END6调试根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试.。6.1硬件调试对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能

21、否实现指定的功能。6.2软件调试 软件调试采用单片机仿真器WAVE6000L及微机，将编好的程序进行调试，主要是检查语法错误。6.3硬件软件联调 将调试好的硬件和软件进行联调，利用THKSCM-2实验台、THKL-C51仿真器和KEIL软件实现整个设计的调试。6.4 测试结果此次系统设计结果较好，LED显示屏能很好的显示信息。LED显示屏由四块88的LED小模块组成，整个显示屏可以显示1616的汉字，汉字移动显示，亮度也正好。 图（11） 实验室模拟图结束语 宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。课程设计终于落下了帷幕。虽然本设计电路简单，但是已经包涵了LED显示屏的电路基本原理和基本程序，只要扩展

22、单片机的IO接口，并增加一些LED点阵和相关芯片，就能设计出更大面积、更多花样的LED显示屏。因此本文对同类设计具有一定的理论和实践参考价值。 这次课程设计使我充分的理解了利用查表方式实现LED广告屏的基本原理，知道了有关查表所涉及的指令用法和基本原理，并且通过实践也学会了编写一些应用查表实现的简单的程序，理解了一些关于LED广告屏在实际运用中所遇到的问题。万事开头难。在刚开始课程设计的时候，大家都有点茫然而且无从下手的感觉。这让我们对这个任务望而止步。在指导老师的提示下，我们在网上查到了一些相关的资料，再综合书本上学到的一些知识，经过大家的研究商讨，我们开始编程设计。经过调研试用，也算是完成

23、任务了。不过，行百里半九十。一份严谨详细的报告也是必需的。经过网上和书本上知识的补充，以及与同学们的讨论，最终得到了这份报告书。课程设计的顺利完成，大家都有很多感慨，为自己的有所得而高兴，为大家的精诚合作而开心，也为老师的诲人不倦而感恩。最后，谢谢老师的指导！谢谢大家的配合！希望大家都能学有所得，百尺竿头更进一步！参考文献1 李朝青.单片机原理及接口技术（第三版）.北京：北京航空航天大学出版社，2006.2李晓黎、张巍. JSP+SQL Server网络应用系统开发与实例M.北京：人民邮电出版社，2004.3:50-56.3陈明.软件工程学教程 M. 北京：科技出版社第一版，2002:23-78.4萨师煊，王珊.数据库系统概论 M.北京：高等教育出版社第三版，2000:65-78.5 郑人杰，殷人昆，陶永雷. 实用软件工程2版M. 北京：清华大学出版社，1997.4:17-23.6 徐仁贵 主编 ：微型计算机接口技术及应用北京：机械工业出版社，1998.7 诸昌钤 编著 ：LED显示屏系统原理及工程技术成都：电子科技大学出版社，2000.8 梅开乡 主编 ：数字逻辑电路（第2版）北京：电子工业出版社，2005.9 杨素行 主编 ：模拟电子技术基础简明教程（第2版）北京：高等教育出版社，2004.